(原标题:别闹了,一张照片看不清黑洞)
引力密度高到光都不能逃脱,
一切物理定律在黑洞内部都会失效
引子
黑洞,很帅
从2017年4月5日开始,一个国际合作的天文项目(Event Horizon Telescope,EHT)开始对两个特殊天体进行观测:距离地球25000光年,位于银河系核心人马座A,以及距离地球5300万光年的M87室女座星云。观测的目标不是常规的天体,而是两个疑似的超大质量黑洞。黑洞正前所未有的暴露在人类的视网膜中。
两年过去,2019年4月10日21点,ETH终于正式发布了首张黑洞照片,这是100多年来,自广义相对论预言黑洞存在后,人类第一次看清“黑洞”,也就是我的真实模样。
是的,我的照片有一种莫名其妙的性感,一种说不清道不明的帅:
人类,你真的自信看清我了吗?
我从哪里来?
我的母亲曾是一颗燃烧的恒星,她给宇宙带来百亿年光亮,然而,她的生前越是绚丽灿烂,死后越是晦涩暗淡。
但并不是每一个恒星母亲都能诞生黑洞,我的母亲质量至少超过3到4个太阳。
小于0.4个太阳质量的恒星,耗尽核心的氢之后,不会产生变化最后变成红矮星。
0.4-3.4个太阳质量的恒星,当核心氢耗尽之后坍缩,内核会形成小而密的白矮星。
超过3.4倍的太阳质量的恒星,最后会爆炸产生超新星。
超新星爆炸会产生两种结果:
一种是恒星完全解体,化成星际物质,结束恒星一生;
另一种是留下中间高密度白矮星,白矮星的质量超过1.44倍的太阳质量之后,会继续坍缩,形成中子星。
如果中子星质量大于3.2倍太阳质量,那么中子星还接着向内坍缩,直到中子被压碎。当恒星半径小于史瓦西半径,就会形成黑洞。
母亲怀我的过程非常艰难:随着体内的原子核不断从氢(H)聚变至氦(He)再至铁(Fe),中子间的泡利斥力不足以抗衡自身引力。最终炉寒火烬,激情不再时,母亲抱着自己坍缩到引力半径之内,漂亮的容颜彻底褪去,直至彻底消失。
这时,她的孩子诞生了,是一种无法用肉眼直接分辨的奇异星体——黑洞。
不过,我的诞生也可能来自某场宇宙交通事故。比如,两颗恒星的大打出手,往往会造成星系级的巨大黑洞。
但不管是诞生于恒星熄火,还是惨烈车祸,我既没有继承母亲的闪耀光芒,也不像小弟白矮星那样给人温敦矮胖的错觉,成了所有人避之不及的恐怖之源。这使得我只能把自己隐藏在宇宙深处,伪装成一团捉摸不透的漩涡,世人要借助专注于X射线和伽马射线的望远镜才能从侧面观测到我的存在。
这次看到的是我真实样子吗?
我的引力密度高到光都不能逃脱,按照这种逻辑你们应该看不到我的样子。
事实并非如此,物质在落入黑洞的时候会激发出大量热量和 X 射线辐射,所以黑洞虽然在可见光波段完全不可见,但在 X 射线天文观测里却像灯塔一样明亮。
在2017年EHT规划的“事件视界望远镜”之前,天文学观测已经看到了黑洞的一些边缘证据,比如物质落入黑洞时,因为摩擦和引力作用形成的高热积吸盘,就像马桶放水时旋转的漩涡,这个漩涡可能比黑洞本身要大得多。
但物质什么时候算是正式落入黑洞呢?只要跨过某个边界,任何物质和信息都不能回头,这个边界就是“事件视界”。
“事件视界望远镜”就是科学家不满足只看到积吸盘和辐射,想要看到我的本尊。
“事件视界望远镜”是分布在全球的八个观测站组成的网络。之所以需要利用分布在西班牙、夏威夷、南极等几乎覆盖整个地球表面的观测站,是因为人马座 A 超大质量黑洞太远。这个超大质量黑洞大约具有400万个太阳质量,黑洞的“直径”大约是2400 万公里,也就是 17 个太阳的大小。
但在 25000 光年,也就是 24 亿亿公里的距离下,17 个太阳直径也只是分辨不出任何细节的一个点而已。所以,利用地球上八个观测站组成网络,就可以利用干涉技术一起观测,最终产生可见的数据。此次观测的数据可能会超过20000 TB,最后利用超级计算机计算数个月,才能得到一张我的“照片”。
可以负责任的告诉你们,这次的照片,是接近科学真相的本人图像。
人类对我的六点误解
黑洞其实并不黑
我之所以被称为黑洞,是由于光无法逃逸出我的“魔掌”,所以表面上看是一片漆黑,但这不代表我就是黑的。
?黑洞可以是透明的
在我的周围,时空的变形非常大,恒星发出的光,虽然有一部分会被我吸收,但另一部分光线会通过弯曲的空间绕过我而到达地球,导致观察到的是我背面的星空,我就像不存在一样,这就是我的隐身术!
?黑洞的异禀是体积小而非质量大
我拥有如此怪异特性并不在于质量有多大,而在于体积小。巨大的质量被塞入一个非常小的体积内,就能制造出我。假设太阳的质量不变,如果要把它变成一个黑洞,那么它的半径就要缩小232,000倍到3千米。